(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された電力を交流電力に変換して同期機の電機子に供給する電力変換部と、
前記同期機の電機子に供給される交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記検出された交流電圧に基づいて、前記同期機の回転子位置を検出する回転子位置検出部と、
前記検出された回転子位置に基づいて、前記電力変換部を制御する電力変換制御部とを備え、
前記回転子位置検出部は、
前記検出された交流電圧に基づいて、前記同期機の電機子に供給される交流電圧のレベルが所定値になるタイミングを示す第１の位置信号を出力するレベル監視部と、
前記回転子位置を示す推定位相と前記検出された交流電圧とに基づいて前記推定位相の誤差を算出し、前記算出された位相誤差に基づいて前記推定位相を算出し、前記算出した推定位相を示す第２の位置信号を出力するフィードバック演算部と、
所定周波数を有する交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部と、
前記第１の位置信号または前記第１の位置信号に基づいて得られる位置信号と、前記第２の位置信号と、前記第３の位置信号とを受けて、前記受けた３つの位置信号のいずれか１つを選択し、前記同期機の回転子位置を示す信号として前記電力変換制御部へ出力する選択回路とを備える同期機起動装置。
【請求項２】
前記回転子位置検出部は、さらに、
前記第１の位置信号を前記交流信号生成部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含み、
前記交流信号生成部は、前記切り替え回路から受けた前記第１の位置信号に基づいて前記第３の位置信号の位相を調整する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項３】
前記選択回路は、前記第１の位置信号を選択し、その後、前記交流信号生成部が前記第１の位置信号に基づいて前記第３の位置信号の位相を調整した後、前記第３の位置信号を選択する請求項２に記載の同期機起動装置。
【請求項４】
前記回転子位置検出部は、さらに、
前記第３の位置信号を前記フィードバック演算部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含み、
前記フィードバック演算部は、前記切り替え回路から受けた前記第３の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項５】
前記選択回路は、前記第３の位置信号を選択し、その後、前記フィードバック演算部が前記第３の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整した後、前記第２の位置信号を選択する請求項４に記載の同期機起動装置。
【請求項６】
前記選択回路は、前記第１の位置信号、前記第３の位置信号および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部へ出力する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項７】
前記交流信号生成部は、前記同期機の待機時における前記回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数を有する第３の位置信号を出力する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項８】
前記選択回路は、前記検出された交流電圧のレベルに基づいて、前記第１の位置信号および前記第３の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部へ出力する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項９】
前記選択回路は、前記検出された交流電圧のレベルが所定値以上となってから所定時間経過した時、前記第１の位置信号の選択を解除して前記第３の位置信号を選択する請求項８に記載の同期機起動装置。
【請求項１０】
前記選択回路は、前記検出された交流電圧のレベルに基づいて、前記第３の位置信号および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部へ出力する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項１１】
前記選択回路は、前記検出された交流電圧のレベルが所定値以上となってから所定時間経過した時、前記第３の位置信号の選択を解除して前記第２の位置信号を選択する請求項１０に記載の同期機起動装置。
【請求項１２】
供給された電力を交流電力に変換して同期機の電機子に供給する電力変換部と、
前記同期機の電機子に供給される交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記検出された交流電圧に基づいて、前記同期機の回転子位置を検出する回転子位置検出部と、
前記検出された回転子位置に基づいて、前記電力変換部を制御する電力変換制御部とを備え、
前記回転子位置検出部は、
前記検出された交流電圧に基づいて、前記同期機の電機子に供給される交流電圧のレベルが所定値になるタイミングを示す第１の位置信号を出力するレベル監視部と、
前記回転子位置を示す推定位相と前記検出された交流電圧とに基づいて前記推定位相の誤差を算出し、前記算出された位相誤差に基づいて前記推定位相を算出し、前記算出した推定位相を示す第２の位置信号を出力するフィードバック演算部と、
前記第１の位置信号または前記第１の位置信号に基づいて得られる位置信号と、前記第２の位置信号とを受けて、前記受けた２つの位置信号のいずれか一方を選択し、前記同期機の回転子位置を示す信号として前記電力変換制御部へ出力する選択回路とを備え、
前記回転子位置検出部は、さらに、
前記第１の位置信号を前記フィードバック演算部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含み、
前記フィードバック演算部は、前記切り替え回路から受けた前記第１の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整する同期機起動装置。
【請求項１３】
前記選択回路は、前記第１の位置信号を選択し、その後、前記フィードバック演算部が前記第１の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整した後、前記第２の位置信号を選択する請求項１２に記載の同期機起動装置。
【請求項１４】
前記選択回路は、前記第１の位置信号および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部へ出力する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項１５】
前記選択回路は、前記検出された交流電圧のレベルに基づいて、前記第１の位置信号および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部へ出力する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項１６】
前記選択回路は、前記検出された交流電圧のレベルが所定値以上となってから所定時間経過した時、前記第１の位置信号の選択を解除して前記第２の位置信号を選択する請求項１５に記載の同期機起動装置。
【請求項１７】
前記回転子位置検出部は、さらに、
前記第１の位置信号を前記交流信号生成部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路とを含み、
前記交流信号生成部は、前記切り替え回路から受けた前記第１の位置信号に基づいて前記第３の位置信号の位相を調整し、
前記選択回路は、前記第２の位置信号および前記第３の位置信号のいずれか一方を選択し、前記同期機の回転子位置を示す信号として前記電力変換制御部へ出力する請求項１に記載の同期機起動装置。
【請求項１８】
前記選択回路は、前記第３の位置信号および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部へ出力する請求項１７に記載の同期機起動装置。
【請求項１９】
前記選択回路は、前記検出された交流電圧のレベルに基づいて、前記第３の位置信号および前記第２の位置信号をこの順番で選択して前記電力変換制御部へ出力する請求項１８に記載の同期機起動装置。
【請求項２０】
前記選択回路は、前記検出された交流電圧のレベルが所定値以上となってから所定時間経過した時、前記第３の位置信号の選択を解除して前記第２の位置信号を選択する請求項１９に記載の同期機起動装置。
【請求項２１】
前記回転子位置検出部は、さらに、
前記第３の位置信号を前記フィードバック演算部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含み、
前記フィードバック演算部は、前記切り替え回路から受けた前記第３の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整する請求項１７に記載の同期機起動装置。
【請求項２２】
前記選択回路は、前記第３の位置信号を選択し、その後、前記フィードバック演算部が前記第３の位置信号に基づいて前記第２の位置信号の位相を調整した後、前記第２の位置信号を選択する請求項２１に記載の同期機起動装置。
【請求項２３】
前記交流信号生成部は、前記同期機の待機時における前記回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数を有する第３の位置信号を出力する請求項１７に記載の同期機起動装置。
【請求項２４】
前記同期機起動装置は、さらに、
前記同期機の電機子に供給される交流電流を検出する交流電流検出部を備え、
前記フィードバック演算部は、前記回転子位置を示す推定位相、前記回転子の推定回転速度ならびに前記検出された交流電圧および交流電流に基づいて前記同期機の電機子に誘起される誘起電圧を算出し、前記算出した誘起電圧に基づいて前記推定位相の誤差を算出し、前記算出された位相誤差に基づいて前記推定位相および前記推定回転速度を算出し、前記算出した推定位相を示す第２の位置信号を出力する請求項１に記載の同期機起動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期機起動装置に関し、特に、同期機の回転子位置を検出する同期機起動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機および電動機等の同期機を起動するための同期機起動装置が開発されている。従来、同期機起動装置では、同期機の回転子の位置を近接スイッチ等により検出する機械式分配器が用いられている。しかしながら、機械式分配器は壊れやすく、また、配線が多いためにノイズの影響を受けやすい。【０００３】
このような機械式分配器を不要とするための同期機起動装置の一例が特開２００６−２７１０３８号公報（特許文献１）に開示されている。すなわち、この同期発電機起動装置は、サイリスタなどの他励素子からなる他励式コンバータと、コンバータにより得られる直流電力を交流電力に変換するサイリスタなどの他励素子からなる他励式インバータとを備え、インバータにより得られる交流電力による同期発電機を起動する。そして、この同期発電機起動装置は、同期発電機の電機子端子の電圧を検出する交流電圧検出器と、インバータから同期発電機の電機子に流し込まれるインバータ出力電流を検出する交流電流検出器と、出力電流検出器からのインバータの交流電流検出値と、第一の同期発電機回転速度推定値から、同期発電機の界磁電流により同期発電機の電機子巻線に誘起される誘起電圧の、第一の基準位相に対する同相成分と直交成分を演算する誘起電圧演算回路と、誘起電圧演算回路からの誘起電圧の第一の基準位相の直交成分をゼロとするような第二の基準位相と第二の同期発電機回転速度推定値を出力するＰＬＬ回路とを備える。そして、この同期発電機起動装置は、ＰＬＬ回路の出力である第二の基準位相に基づき、所定の制御進み角のインバータのゲートパルスを生成するとともに、第二の基準位相を、誘起電圧演算回路の第一の基準位相に入力し、第二の同期発電機回転速度推定値を誘起電圧演算回路の第一の同期発電機回転速度推定値に入力する。
【特許文献１】特開２００６−２７１０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
起動時において同期機の電機子に供給される電圧は、定常時の定格電圧と比べてたとえば１／１０００と非常に小さい。このため、特許文献１記載の構成では、起動時において同期機の電機子に供給される電圧を高精度で検出し、回転子の位置を正確に検出することが困難であることから、同期機を安定して起動することができない場合がある。【０００５】
それゆえに、本発明の目的は、同期機を安定して起動することが可能な同期機起動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のある局面に係わる同期機起動装置は、供給された電力を交流電力に変換して同期機の電機子に供給する電力変換部と、同期機の電機子に供給される交流電圧を検出する交流電圧検出部と、検出された交流電圧に基づいて、同期機の回転子位置を検出する回転子位置検出部と、検出された回転子位置に基づいて、電力変換部を制御する電力変換制御部とを備え、回転子位置検出部は、検出された交流電圧に基づいて、同期機の電機子に供給される交流電圧のレベルが所定値になるタイミングを示す第１の位置信号を出力するレベル監視部と、回転子位置を示す推定位相と検出された交流電圧とに基づいて推定位相の誤差を算出し、算出された位相誤差に基づいて推定位相を算出し、算出した推定位相を示す第２の位置信号を出力するフィードバック演算部と、第１の位置信号または第１の位置信号に基づいて得られる位置信号と、第２の位置信号とを受けて、受けた２つの位置信号のいずれか一方を選択し、同期機の回転子位置を示す信号として電力変換制御部へ出力する選択回路とを備える。【０００７】
好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、所定周波数を有する交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部を備え、選択回路は、第１の位置信号、第２の位置信号および第３の位置信号のいずれか１つを選択し、同期機の回転子位置を示す信号として電力変換制御部へ出力する。【０００８】
より好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、第１の位置信号を交流信号生成部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含み、交流信号生成部は、切り替え回路から受けた第１の位置信号に基づいて第３の位置信号の位相を調整する。【０００９】
より好ましくは、選択回路は、第１の位置信号を選択し、その後、交流信号生成部が第１の位置信号に基づいて第３の位置信号の位相を調整した後、第３の位置信号を選択する。【００１０】
より好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、第３の位置信号をフィードバック演算部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含み、フィードバック演算部は、切り替え回路から受けた第３の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整する。【００１１】
より好ましくは、選択回路は、第３の位置信号を選択し、その後、フィードバック演算部が第３の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整した後、第２の位置信号を選択する。【００１２】
より好ましくは、選択回路は、第１の位置信号、第３の位置信号および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。【００１３】
より好ましくは、交流信号生成部は、同期機の待機時における回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数を有する第３の位置信号を出力する。【００１４】
より好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧のレベルに基づいて、第１の位置信号および第３の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。【００１５】
より好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧のレベルが所定値以上となってから所定時間経過した時、第１の位置信号の選択を解除して第３の位置信号を選択する。【００１６】
より好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧のレベルに基づいて、第３の位置信号および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。【００１７】
より好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧のレベルが所定値以上となってから所定時間経過した時、第３の位置信号の選択を解除して第２の位置信号を選択する。【００１８】
好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、第１の位置信号をフィードバック演算部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含み、フィードバック演算部は、切り替え回路から受けた第１の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整する。【００１９】
より好ましくは、選択回路は、第１の位置信号を選択し、その後、フィードバック演算部が第１の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整した後、第２の位置信号を選択する。【００２０】
好ましくは、選択回路は、第１の位置信号および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。【００２１】
好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧のレベルに基づいて、第１の位置信号および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。【００２２】
より好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧のレベルが所定値以上となってから所定時間経過した時、第１の位置信号の選択を解除して第２の位置信号を選択する。【００２３】
好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、所定周波数を有する交流信号である第３の位置信号を出力する交流信号生成部と、第１の位置信号を交流信号生成部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路とを含み、交流信号生成部は、切り替え回路から受けた第１の位置信号に基づいて第３の位置信号の位相を調整し、選択回路は、第２の位置信号および第３の位置信号のいずれか一方を選択し、同期機の回転子位置を示す信号として電力変換制御部へ出力する。【００２４】
より好ましくは、選択回路は、第３の位置信号および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。【００２５】
より好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧のレベルに基づいて、第３の位置信号および第２の位置信号をこの順番で選択して電力変換制御部へ出力する。【００２６】
より好ましくは、選択回路は、検出された交流電圧のレベルが所定値以上となってから所定時間経過した時、第３の位置信号の選択を解除して第２の位置信号を選択する。【００２７】
より好ましくは、回転子位置検出部は、さらに、第３の位置信号をフィードバック演算部へ出力するか否かを切り替える切り替え回路を含み、フィードバック演算部は、切り替え回路から受けた第３の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整する。【００２８】
より好ましくは、選択回路は、第３の位置信号を選択し、その後、フィードバック演算部が第３の位置信号に基づいて第２の位置信号の位相を調整した後、第２の位置信号を選択する。【００２９】
より好ましくは、交流信号生成部は、同期機の待機時における回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数を有する第３の位置信号を出力する。【００３０】
好ましくは、同期機起動装置は、さらに、同期機の電機子に供給される交流電流を検出する交流電流検出部を備え、フィードバック演算部は、回転子位置を示す推定位相、回転子の推定回転速度ならびに検出された交流電圧および交流電流に基づいて同期機の電機子に誘起される誘起電圧を算出し、算出した誘起電圧に基づいて推定位相の誤差を算出し、算出された位相誤差に基づいて推定位相および推定回転速度を算出し、算出した推定位相を示す第２の位置信号を出力する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、同期機を安定して起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。
【図２】回転子位置検出部１１の構成を示す図である。
【図３】ＰＬＬ部２２の構成を概念的に示す図である。
【図４】ＰＬＬ部２２によって生成される位相信号ＰＨ１および位置信号ＰＯＳ１の波形を示す図である。
【図５】ＰＬＬ部２２による位相信号ＰＨ１の位相調整を示す図である。
【図６】ＰＬＬ部２３の構成を示す図である。
【図７】回転子位置検出部の動作を示すタイムチャートである。
【図８】回転子位置検出部１１の変形例の構成を示す図である。
【図９】回転子位置検出部１１の変形例のＰＬＬ回路３４における積分部の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るＰＬＬ回路３４における積分部の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る同期機起動装置における積分部の変形例の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  コンバータ、２  インバータ、３  直流リアクトル、８  交流電圧検出器、９  交流電流検出器、１１，８１，８２，８３，８４  回転子位置検出部、１２  基準正弦波演算器、１３  ゲートパルス発生器、１４  β指令回路、１９  インバータ制御部（電力変換制御部）、２１  ゼロクロス検出部（レベル監視部）、２２  ＰＬＬ部（交流信号生成部）、２３  ＰＬＬ部（フィードバック演算部）、３１，３２  三相二相変換回路、３３  誘起電圧演算回路、３４  ＰＬＬ回路、７１  電力変換部、１０１  同期機起動装置、ＳＥＬ  選択回路、ＳＷ１〜ＳＷ７  切り替え回路、ＩＮＴ  積分器、３５，ＰＧＥＮ  位置信号生成器。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【００３５】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置の構成を示す図である。【００３６】
図１を参照して、同期機起動装置１０１は、電力変換部７１と、交流電圧検出器８と、交流電流検出器９と、回転子位置検出部１１と、インバータ制御部（電力変換制御部）１９とを備える。電力変換部７１は、コンバータ１と、インバータ２と、直流リアクトル３とを含む。インバータ制御部１９は、基準正弦波演算器１２と、ゲートパルス発生器１３と、β指令回路１４とを含む。【００３７】
同期機４およびモータＭは、軸ＳＨを介して接続されている。同期機４はたとえば同期発電機または同期電動機であり、電機子および回転子を有する。モータＭは、同期機４の待機時、所定速度で回転する。この回転速度は低速であり、たとえば数ｒｐｍである。これに対して、通常時の回転速度は３０００ｒｐｍ〜３６００ｒｐｍである。このため、起動時に同期機４の電機子に印加される電圧は、前述のように定常時の１／１０００と非常に小さく、交流電圧検出器８による検出電圧は歪んでいる場合も多いことから、正確に検出することは困難である。【００３８】
コンバータ１は、サイリスタなどの複数の素子からなり、交流電源ｅ１からの交流電力を直流電力に変換する。【００３９】
インバータ２は、サイリスタなどの複数の素子からなり、コンバータ１により得られる直流電力を交流電力に変換して同期機４の電機子に供給することにより、同期機４を駆動する。【００４０】
コンバータ１およびインバータ２は、直流リアクトル３を介して接続されている。インバータ２の交流側は同期機４の電機子に接続されている。【００４１】
交流電圧検出器８は、同期機４の電機子に供給される三相交流電圧を検出し、電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を回転子位置検出部１１へ出力する。【００４２】
交流電流検出器９は、同期機４の電機子に供給される三相交流電流を検出し、電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を回転子位置検出部１１へ出力する。【００４３】
回転子位置検出部１１は、交流電圧検出器８および交流電流検出器９から受けた各検出値に基づいて、同期機４の回転子位置（位相）を検出し、同期機４の回転子位置を示す回転子位置信号ＰＯＳをインバータ制御部１９へ出力する。【００４４】
インバータ制御部１９は、回転子位置検出部１１から受けた回転子位置信号ＰＯＳに基づいてインバータ２を制御する。【００４５】
インバータ制御部１９において、基準正弦波演算器１２は、回転子位置検出部１１から受けた位置信号ＰＯＳに基づいて、基準正弦波ｓｉｎφを出力する。【００４６】
β指令回路１４は、制御進み角指令値βを演算し、ゲートパルス発生器１３へ出力する。【００４７】
ゲートパルス発生器１３は、基準正弦波演算器１２から受けた基準正弦波ｓｉｎφと、β指令回路１４から受けた制御進み角指令値βとに基づいて、インバータ２における各素子へゲートパルスを出力する。【００４８】
図２は、回転子位置検出部１１の構成を示す図である。
図２を参照して、回転子位置検出部１１は、ゼロクロス検出部（レベル監視部）２１と、ＰＬＬ（Phase  Locked  Loop）部（交流信号生成部）２２と、ＰＬＬ部（フィードバック演算部）２３と、選択回路ＳＥＬと、切り替え回路ＳＷ３とを含む。選択回路ＳＥＬは、切り替え回路ＳＷ１およびＳＷ２を含む。【００４９】
ゼロクロス検出部２１は、交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて、同期機４の電機子に供給される交流電圧のゼロクロス検出を行なう。すなわち、ゼロクロス検出部２１は、同期機４の電機子に供給される交流電圧のレベルが略ゼロボルトになるタイミングを検出し、検出したタイミングを示す検出信号ＺＤＥＴを出力する。また、ゼロクロス検出部２１は、検出信号ＺＤＥＴから推定される同期機４の回転子の位相を示す検出信号ＳＥＴを出力する。【００５０】
切り替え回路ＳＷ３は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴをＰＬＬ部２２へ出力するか否かを切り替える。【００５１】
ＰＬＬ部２２は、所定周波数ＦＩを有する交流信号である位置信号ＰＯＳ１を出力する。ここで、所定周波数ＦＩは、同期機４の待機時における回転子の予め定められた回転速度に対応する周波数である。また、ＰＬＬ部２２は、切り替え回路ＳＷ３から受けた検出信号ＳＥＴに基づいて位置信号ＰＯＳ１の位相を調整する。【００５２】
図３は、ＰＬＬ部２２の構成を概念的に示す図である。図４は、ＰＬＬ部２２によって生成される位相信号ＰＨ１および位置信号ＰＯＳ１の波形を示す図である。図５は、ＰＬＬ部２２による位相信号ＰＨ１の位相調整を示す図である。【００５３】
図３〜図５を参照して、ＰＬＬ部２２は、積分器ＩＮＴと、位置信号生成器ＰＧＥＮとを含む。積分器ＩＮＴは、初期周波数ＦＩに相当する値を積分して位相θに変換し、位相信号ＰＨ１として出力する。また、積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると０°にリセットする。すなわち、位相信号ＰＨ１は、振幅を位相θとする交流信号である。また、積分器ＩＮＴは、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴが示す３０°、９０°、１５０°等の角度に基づいて、位相θを補正する。位置信号生成器ＰＧＥＮは、積分器ＩＮＴから受けた位相信号ＰＨ１の示す位相に基づいて位置信号ＰＯＳ１を生成する。図４に示すように、たとえば、位置信号生成器ＰＧＥＮは、位相信号ＰＨ１を従来の機械式分配器と同様のパルス状の交流信号に変換し、位置信号ＰＯＳ１として出力する。より詳細には、たとえば、位置信号ＰＯＳ１は、位相信号ＰＨ１の示す位相が３６０°から０°に遷移した時に論理ローレベルから論理ハイレベルへ立ち上がり、位相信号ＰＨ１の示す位相が１８０°に遷移した時に論理ハイレベルから論理ローレベルへ立ち下がる。【００５４】
ＰＬＬ部２２では、最初は任意のタイミングで位相θの増加が開始されるが、検出信号ＳＥＴを受けて位相θが調整され、同期機４の電機子に供給される交流電圧と同期する、すなわち位相が一致するようになる。【００５５】
再び図２を参照して、ＰＬＬ部２３は、同期機４の回転子位置を示す推定位相すなわち後述する位相信号ＰＨ２と交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とに基づいて推定位相の誤差を算出し、算出された位相誤差に基づいて推定位相すなわち後述する位相信号ＰＨ２を算出する。そして、ＰＬＬ部２３は、算出した推定位相すなわち後述する位相信号ＰＨ２から得られる位置信号ＰＯＳ２を出力するとともに算出した推定位相と新たに交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および新たに交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とに基づいて推定位相の誤差を新たに算出するフィードバック演算を行なう。【００５６】
図６は、ＰＬＬ部２３の構成を示す図である。
図６を参照して、ＰＬＬ部２３は、三相二相変換回路３１および３２と、誘起電圧演算回路３３と、ＰＬＬ回路３４と、位置信号生成器３５とを含む。【００５７】
三相二相変換回路３１は、基準位相φに基づいて、交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を三相二相変換（ｄ−ｑ変換）する。【００５８】
三相二相変換回路３２は、基準位相φに基づいて、交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を三相二相変換（ｄ−ｑ変換）する。【００５９】
誘起電圧演算回路３３は、三相二相変換回路３１によって変換された電圧値ＶｄおよびＶｑならびに三相二相変換回路３２によって変換された電流値ＩｄおよびＩｑに基づいて、同期機４の電機子に誘起される誘起電圧を演算する。【００６０】
三相二相変換回路３１および３２によって電圧および電流の座標変換すなわち三相二相変換を行なうためには、同期機４の回転子の回転に同期した基準位相が必要になる。ところが、機械式分配器などの位置センサが無い場合、この信号が直接得られない。【００６１】
そこで、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、三相二相変換回路３１および３２は、同期機起動装置１０１の起動時に基準位相φの初期値が与えられ、座標変換を行なう。【００６２】
そして、誘起電圧演算回路３３は、三相二相変換回路３１および３２によって変換されたｄ−ｑ軸上の電圧値および電流値に基づいて同期機４のｄ軸（同相成分）一ｑ軸（直交成分）上での電機子の誘起電圧を計算する。誘起電圧を計算するためには、回転速度ωが必要になるが、位置センサがないため、同期機起動装置１０１の起動時に同期機４の回転速度ωの初期値が誘起電圧演算回路３３に与えられる。【００６３】
誘起電圧演算回路３３によって計算された誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑすなわち基準位相φに対する直交成分がゼロでない場合には、計算結果が基準位相φに対してずれている。この誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑが、同期機４における回転子の推定位相の誤差に相当する。そこで、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑがゼロとなるような制御を行なうＰＬＬ回路３４を設ける。ＰＬＬ回路３４は、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑがゼロになるような回転速度ωすなわち同期機４の回転子の推定回転速度と、基準位相φすなわち同期機４の回転子の推定位相とを算出する。【００６４】
ＰＬＬ回路３４によって算出された基準位相φは、三相二相変換回路３１および３２にフィードバックされ、また、位置信号生成器３５へ出力される。そして、位置信号生成器３５によって機械式分配器と同様のパルス状波形を有する位置信号ＰＯＳ２が選択回路ＳＥＬへ出力される。三相二相変換回路３１および３２は、以後、ＰＬＬ回路３４からの基準位相φに基づいて三相二相変換を行なう。【００６５】
また、ＰＬＬ回路３４によって算出された回転速度ωは、誘起電圧演算回路３３に与えられる。誘起電圧演算回路３３は、以後、ＰＬＬ回路３４からの回転速度ωに基づいて、誘起電圧（同相成分）Ｚｄおよび誘起電圧（直交成分）Ｚｑを演算する。【００６６】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、ＰＬＬ部２３は、同期機４の回転子位置を示す推定位相と交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とに基づいて推定位相の誤差を算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。ＰＬＬ部２３は、同期機４の回転子位置を示す推定位相と交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３とに基づいて推定位相の誤差を算出する構成であってもよい。【００６７】
また、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、ＰＬＬ回路３４は、誘起電圧のｑ軸成分Ｚｑのみに基づいて回転速度ωおよび基準位相φを算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。ＰＬＬ回路３４は、ｑ軸成分Ｚｑおよびｄ軸成分Ｚｄに基づいて回転速度ωおよび基準位相φを算出する構成であってもよい。このような構成により、さらに正確な演算が可能となる。【００６８】
再び図２を参照して、選択回路ＳＥＬは、検出信号ＺＤＥＴ、位置信号ＰＯＳ１および位置信号ＰＯＳ２のいずれか１つを選択し、同期機４の回転子位置を示す回転子位置信号ＰＯＳとしてインバータ制御部１９へ出力する。【００６９】
図７は、回転子位置検出部の動作を示すタイムチャートである。
以下の選択回路ＳＥＬによる選択、および切り替え回路ＳＷ３のオン・オフは、たとえば同期機４の電機子において生成されるかまたは同期機４の電機子に供給される交流電圧および交流電流の監視結果等に基づいて制御される。【００７０】
図７を参照して、ターニングすなわちインバータ２の起動前においては、まず、選択回路ＳＥＬは、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴを選択する。すなわち、検出信号ＺＤＥＴが回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。【００７１】
このとき、切り替え回路ＳＷ３はオンされており、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から検出信号ＳＥＴを受けてゼロクロス検出部２１と同期し、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴと周波数および位相が略等しい位置信号ＰＯＳ１を出力する。【００７２】
次に、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の直前のタイミングＴ１において、選択回路ＳＥＬは、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択する。すなわち、位置信号ＰＯＳ１が回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。【００７３】
また、タイミングＴ１においては、切り替え回路ＳＷ３がオフされるため、ＰＬＬ部２２はゼロクロス検出部２１と同期せず、自走状態となる。【００７４】
ここで、同期機４の起動時においては、前述のように同期機４の電機子に供給される電圧は非常に小さい。このため、インバータ２の起動直後において、ゼロクロス検出部２１はインバータ２のスイッチングノイズの影響を受けやすい。すなわち、ゼロクロス検出部２１がゼロクロス点を誤検出してしまい、図７のＮＺで示すように誤った検出信号ＺＤＥＴを出力してしまう。【００７５】
しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、タイミングＴ１においてＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択し、かつＰＬＬ部２２を自走状態とする構成により、インバータ２のスイッチングノイズの影響を防ぐことができる。【００７６】
また、タイミングＴ１より前において切り替え回路ＳＷ３をオンしてＰＬＬ部２２とゼロクロス検出部２１との同期をとることにより、自走状態における位置信号ＰＯＳ１と同期機４の電機子に供給される交流電圧の位相とを略一致させることができる。なお、選択回路ＳＥＬは、同期機４の電機子に供給される電圧が所定値より大きくなる時をタイミングＴ１とし、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択する構成であってもよい。これにより、同期機４の励磁が行なわれた後、同期機４の電機子に供給される電圧のレベルが、ゼロクロス検出を行なうために十分な大きさとなった状態において、ＰＬＬ部２２がゼロクロス検出部２１と同期をとることができる。【００７７】
また、起動直後は同期機４の回転速度が低速であるため、同期機４の電機子に供給される交流電圧の周期が長い場合がある。このため、選択回路ＳＥＬは、同期機４の電機子に供給される電圧が所定値より大きくなってから所定時間経過した時をタイミングＴ１とし、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択する構成であってもよい。この所定時間は、ゼロクロス検出を正確に行なうことが可能となるような時間が設定される。これにより、同期機４の電機子に供給される電圧をより正確に検出することができる。【００７８】
次に、インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３において、選択回路ＳＥＬは、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する。すなわち、位置信号ＰＯＳ２が回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。【００７９】
インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３では、同期機４の電機子に供給される交流電圧の振幅は起動時と比べて大きくなることから、インバータ２のスイッチングノイズの影響はほぼなくなり、同期機４の電機子に供給される交流電圧および交流電流を用いてより正確に回転子位置を推定することができ、同期機４を安定して回転させることができる。【００８０】
なお、選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後、同期機４の電機子に供給される電圧が所定値を超えた時をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。【００８１】
また、選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後、同期機４の電機子に供給される電圧が所定値を超えてから所定時間経過した時をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。【００８２】
ここで、回転子位置検出部１１の機能をソフトウェアによって実現する、たとえば同期機起動装置１０１において各種制御を行なうＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等に回転子位置検出部１１の機能を組み込むことにより、製造コストを低減することができる。【００８３】
また、同期機４およびモータＭが設置される場所に分配器を取り付ける手間を省くことができる。【００８４】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、回転子位置検出部１１は、ゼロクロス検出部２１と、ＰＬＬ部２２と、ＰＬＬ部２３とを含み、同期機４の起動時、回転子位置検出信号ＰＯＳとして、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴ、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１およびＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２をこの順番で選択する構成であるとしたが、これに限定するものではない。回転子位置検出部１１がＰＬＬ部２２を備えない構成であっても、すなわち、同期機４の起動時、回転子位置検出信号ＰＯＳとして、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴおよびＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２をこの順番で選択する構成であっても、起動時において同期機４の電機子に供給される電圧を高精度で検出することができるため、同期機４を安定して起動することが可能である。【００８５】
なお、回転子位置検出部１１がＰＬＬ部２２を備えない場合においても、タイミングＴ３は、タイミングＴ２から所定時間経過した時、タイミングＴ２の後であって同期機４の電機子に供給される電圧が所定値を超えた時、およびタイミングＴ２の後であって同期機４の電機子に供給される電圧が所定値を超えてから所定時間経過した時のいずれかに設定することができる。【００８６】
図８は、回転子位置検出部１１の変形例の構成を示す図である。
図８を参照して、回転子位置検出部８１は、ゼロクロス検出部（レベル監視部）２１と、ＰＬＬ部（交流信号生成部）２２と、ＰＬＬ部（フィードバック演算部）２３と、選択回路ＳＥＬと、切り替え回路ＳＷ３とを含む。選択回路ＳＥＬは、切り替え回路ＳＷ１およびＳＷ２を含む。【００８７】
交流電圧検出器８による検出電圧がインバータ２の起動直後におけるスイッチングノイズの影響を受けにくい場合には、選択回路ＳＥＬが、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を省略し、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴをＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２に直接切り替えることも可能である。【００８８】
ここで、切り替え回路ＳＷ３は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴをＰＬＬ部２２および２３へ出力するか否かを切り替える。【００８９】
ＰＬＬ部２３は、切り替え回路ＳＷ３から受けた検出信号ＳＥＴに基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整する。【００９０】
図９は、回転子位置検出部１１の変形例のＰＬＬ回路３４における積分部の構成を示す図である。【００９１】
図９を参照して、ＰＬＬ回路３４は、積分部７２を含む。積分部７２は、図３に示すＰＬＬ部２２と同様の構成を有する。すなわち、積分器ＩＮＴは、ＰＬＬ回路３４によって算出された回転速度ωを積分して位相θに変換し、基準位相φすなわち位相信号ＰＨ２として出力する。また、積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると０°にリセットする。また、積分器ＩＮＴは、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴが示す３０°、９０°、１５０°等の角度に基づいて、位相θを補正する。【００９２】
積分部７２では、最初は任意のタイミングで位相θの増加が開始されるが、検出信号ＳＥＴを受けて位相θが調整され、同期機４の電機子に供給される交流電圧と同期する、すなわち位相が一致するようになる。【００９３】
再び図８を参照して、たとえば、選択回路ＳＥＬは、検出信号ＺＤＥＴを選択し、その後、ＰＬＬ部２３が検出信号ＳＥＴに基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整した後、位置信号ＰＯＳ２を選択する。【００９４】
このような構成により、回転子位置検出部８１では、検出信号ＺＤＥＴから位置信号ＰＯＳ２へ切り替えた後、同期機４の電機子に供給される交流電圧および同期機４の電機子に誘起される電圧に位置信号ＰＯＳ２を早期に同期させることができる。【００９５】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る同期機起動装置では、電力変換部７１は、コンバータ１と、インバータ２と、直流リアクトル３とを含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。電力変換部７１は、コンバータ１、インバータ２および直流リアクトル３の代わりに、マトリックスコンバータ等、供給された電力を交流電力に変換して同期機４の電機子に供給する何らかの回路を含む構成であればよい。【００９６】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【００９７】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて位置信号ＰＯＳ２の初期位相の調整機能を変更した同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。【００９８】
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
図１０を参照して、回転子位置検出部８２は、本発明の第１の実施の形態に係る回転子位置検出部１１と比べて、さらに、切り替え回路ＳＷ４を含む。【００９９】
切り替え回路ＳＷ４は、ＰＬＬ部２２から受けた位相信号ＰＨ１をＰＬＬ部２３へ出力するか否かを切り替える。【０１００】
ＰＬＬ部２３は、切り替え回路ＳＷ４から受けた位相信号ＰＨ１に基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整する。【０１０１】
たとえば、選択回路ＳＥＬは、位置信号ＰＯＳ１を選択し、その後、ＰＬＬ部２３が位相信号ＰＨ１に基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整した後、位置信号ＰＯＳ２を選択する。【０１０２】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るＰＬＬ回路３４における積分部の構成を示す図である。【０１０３】
図１１を参照して、ＰＬＬ回路３４は、積分部７３を含む。積分部７３は、図３に示すＰＬＬ部２２と同様の構成を有する。すなわち、積分器ＩＮＴは、ＰＬＬ回路３４によって算出された回転速度ωを積分して位相θに変換し、基準位相φすなわち位相信号ＰＨ２として出力する。また、積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると０°にリセットする。また、積分器ＩＮＴは、ＰＬＬ部２２から受けた位相信号ＰＨ１が示す角度に基づいて、位相θを補正する。【０１０４】
積分部７３では、最初は任意のタイミングで位相θの増加が開始されるが、位相信号ＰＨ１を受けて位相θが調整され、同期機４の電機子に供給される交流電圧と同期する、すなわち位相が一致するようになる。【０１０５】
ところで、位相信号ＰＨ２は、交流電圧検出器８から受けた電圧検出値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３および交流電流検出器９から受けた電流検出値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に基づいて生成される。インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３において、選択回路ＳＥＬによる選択が位置信号ＰＯＳ１から位置信号ＰＯＳ２へ切り替えられる。このタイミングＴ３は、同期機４の電機子に供給される交流電圧の振幅が十分に大きくなるまでの過渡期にあるため、積分部７３を任意のタイミングで動作させると、同期機４の電機子に供給される交流電圧および同期機４の電機子に誘起される電圧に位置信号ＰＯＳ２が同期するまでに時間を要する場合がある。【０１０６】
しかしながら、本発明の第２の実施の形態に係る同期機起動装置では、位相信号ＰＨ２の初期値を位相信号ＰＨ１に合わせることにより、ＰＬＬ部２３による同期機４の回転子位置推定を、同期機４の電機子に供給される交流電圧および同期機４の電機子に誘起される電圧と略一致した位相から開始することができる。すなわち、位置信号ＰＯＳ１から位置信号ＰＯＳ２へ切り替えた後、同期機４の電機子に供給される交流電圧および同期機４の電機子に誘起される電圧に位置信号ＰＯＳ２を早期に同期させることができる。【０１０７】
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る同期機起動装置における積分部の変形例の構成を示す図である。【０１０８】
図１２を参照して、積分部７４は、積分器ＩＮＴと、切り替え回路ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７とを含む。積分部７３は、ＰＬＬ部２２および２３によって共有されている。【０１０９】
より詳細には、切り替え回路ＳＷ５は、所定周波数ＦＩを積分器ＩＮＴに与えるかＰＬＬ回路３４によって算出された回転速度ωを積分器ＩＮＴに与えるかを切り替える。【０１１０】
切り替え回路ＳＷ６は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴを積分器ＩＮＴに与えるか否かを切り替える。【０１１１】
切り替え回路ＳＷ７は、積分器ＩＮＴからの位相θを位相信号ＰＨ１として位置信号生成器へ出力するか位相信号ＰＨ２として位置信号生成器へ出力するかを切り替える。【０１１２】
積分部７４は、図３に示すＰＬＬ部２２と同様の構成を有する。すなわち、積分器ＩＮＴは、切り替え回路ＳＷ５から与えられた所定周波数ＦＩまたは回転速度ωを積分して位相θに変換して出力する。また、積分器ＩＮＴは、位相θが３６０°になると０°にリセットする。また、積分器ＩＮＴは、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴが示す３０°、９０°、１５０°等の角度に基づいて、位相θを補正する。【０１１３】
積分部７４では、最初は任意の初期位相から位相θの増加が開始されるが、検出信号ＳＥＴを受けて位相θが調整され、同期機４の電機子に供給される交流電圧と同期する、すなわち位相が一致するようになる。【０１１４】
次に、積分部７４の動作について説明する。
まず、選択回路ＳＥＬがＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択しているときには、切り替え回路ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７を端子ａ側に切り替える。すなわち、切り替え回路ＳＷ５は所定周波数ＦＩを積分器ＩＮＴに与え、切り替え回路ＳＷ６はゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴを積分器ＩＮＴに与え、切り替え回路ＳＷ７は積分器ＩＮＴからの位相θを位相信号ＰＨ１として位置信号生成器へ出力する。【０１１５】
次に、選択回路ＳＥＬがＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択するのと同時に、切り替え回路ＳＷ５，ＳＷ７を端子ｂ側に切り替え、切り替え回路ＳＷ６を開放状態とする。すなわち、切り替え回路ＳＷ５は、ＰＬＬ回路３４によって算出された回転速度ωを積分器ＩＮＴに与え、切り替え回路ＳＷ６は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴを積分器ＩＮＴに与えず、切り替え回路ＳＷ７は、積分器ＩＮＴからの位相θを位相信号ＰＨ２として位置信号生成器へ出力する。【０１１６】
このように、積分部７４によれば、ＰＬＬ部２２および２３における積分部を共通化することができるため、小型化を図ることができる。また、図１０に示す回転子位置検出部８２と比べて、ＰＬＬ部２２および２３間において位相信号ＰＨ１を受け渡すことが不要となる。すなわち、積分器ＩＮＴは、選択回路ＳＥＬによる選択が位置信号ＰＯＳ１から位置信号ＰＯＳ２へ切り替えられるタイミングＴ３の直前の積分結果をそのまま引き継いで積分動作を行なえばよい。このような構成により、回路構成の簡略化を図ることができる。【０１１７】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１１８】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【０１１９】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて回転子位置信号ＰＯＳとして検出信号ＺＤＥＴを選択しない構成とした同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。【０１２０】
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
図１３を参照して、回転子位置検出部８３は、本発明の第１の実施の形態に係る回転子位置検出部１１と比べて、選択回路ＳＥＬが切り替え回路ＳＷ１を含まない構成である。【０１２１】
選択回路ＳＥＬは、位置信号ＰＯＳ１および位置信号ＰＯＳ２のいずれか一方を選択し、同期機４の回転子位置を示す回転子位置信号ＰＯＳとしてインバータ制御部１９へ出力する。【０１２２】
再び図７を参照して、ターニングすなわちインバータ２の起動前においては、まず、選択回路ＳＥＬは、ＰＬＬ部２２からの位置信号ＰＯＳ１を選択する。すなわち、位置信号ＰＯＳ１が回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。【０１２３】
このとき、切り替え回路ＳＷ３はオンされており、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から検出信号ＳＥＴを受けてゼロクロス検出部２１と同期し、ゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴと周波数および位相が略等しい位置信号ＰＯＳ１を出力する。【０１２４】
次に、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の直前のタイミングＴ１において、切り替え回路ＳＷ３がオフされる。このため、ＰＬＬ部２２はゼロクロス検出部２１と同期せず、自走状態となる。【０１２５】
ここで、同期機４の起動時においては、前述のように同期機４の電機子に供給される電圧は非常に小さい。このため、インバータ２の起動直後において、ゼロクロス検出部２１はインバータ２のスイッチングノイズの影響を受けやすい。すなわち、ゼロクロス検出部２１がゼロクロス点を誤検出してしまい、図７のＮＺで示すように誤った検出信号ＺＤＥＴを生成してしまうことにより、誤った検出信号ＳＥＴを出力してしまう。【０１２６】
しかしながら、本発明の第３の実施の形態に係る同期機起動装置では、タイミングＴ１においてＰＬＬ部２２を自走状態とする構成により、インバータ２のスイッチングノイズの影響を防ぐことができる。【０１２７】
また、タイミングＴ１より前において切り替え回路ＳＷ３をオンしてＰＬＬ部２２とゼロクロス検出部２１との同期をとっているため、自走状態においても位置信号ＰＯＳ１と同期機４の電機子に供給される交流電圧の位相とを略一致させることができる。なお、回転子位置検出部８３は、同期機４の電機子に供給される電圧が所定値より大きくなる時をタイミングＴ１とし、ＰＬＬ部２２を自走状態とする構成であってもよい。これにより、同期機４の励磁が行なわれた後、同期機４の電機子に供給される電圧のレベルが、ゼロクロス検出を行なうために十分な大きさとなった状態において、ＰＬＬ部２２がゼロクロス検出部２１と同期をとることができる。【０１２８】
また、起動直後は同期機４の回転速度が低速であるため、同期機４の電機子に供給される交流電圧の周期が長い場合がある。このため、回転子位置検出部８３は、同期機４の電機子に供給される電圧が所定値より大きくなってから所定時間経過した時をタイミングＴ１とし、ＰＬＬ部２２を自走状態とする構成であってもよい。この所定時間は、ゼロクロス検出を正確に行なうことが可能となるような時間が設定される。これにより、同期機４の電機子に供給される電圧をより正確に検出することができる。【０１２９】
次に、インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３において、選択回路ＳＥＬは、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する。すなわち、位置信号ＰＯＳ２が回転子位置信号ＰＯＳとして基準正弦波演算器１２へ出力される。【０１３０】
インバータ２が起動されるタイミングＴ２から所定時間経過したタイミングＴ３では、同期機４の電機子に供給される交流電圧の振幅は起動時と比べて大きくなることから、インバータ２のスイッチングノイズの影響はほぼなくなり、同期機４の電機子に供給される交流電圧および交流電流を用いてより正確に回転子位置を推定することができ、同期機４を安定して回転させることができる。【０１３１】
なお、選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後、同期機４の電機子に供給される電圧が所定値を超えた時をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。【０１３２】
また、選択回路ＳＥＬは、インバータ２が起動されるタイミングＴ２の後、同期機４の電機子に供給される電圧が所定値を超えてから所定時間経過した時をタイミングＴ３とし、ＰＬＬ部２３からの位置信号ＰＯＳ２を選択する構成であってもよい。【０１３３】
本発明の第３の実施の形態に係る同期機起動装置では、ＰＬＬ部２２は、ゼロクロス検出部２１から受けた検出信号ＳＥＴに基づいて位置信号ＰＯＳ１の位相を調整する。これにより、回転子位置信号ＰＯＳとしてゼロクロス検出部２１からの検出信号ＺＤＥＴを選択しなくても、回転子位置信号ＰＯＳとして位置信号ＰＯＳ１を選択することで同期機４の回転子位置を良好に検出することが可能である。このような構成により、選択回路ＳＥＬが切り替え回路ＳＷ１を含まない構成とすることができるため、同期機起動装置の小型化を図ることができる。【０１３４】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る同期機起動装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１３５】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【０１３６】
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態は、第３の実施の形態に係る同期機起動装置と比べて位置信号ＰＯＳ２の初期位相の調整機能を変更した同期機起動装置に関する。以下で説明する内容以外は第３の実施の形態に係る同期機起動装置と同様である。【０１３７】
図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る回転子位置検出部の構成を示す図である。
図１４を参照して、回転子位置検出部８４は、本発明の第３の実施の形態に係る回転子位置検出部８３と比べて、さらに、切り替え回路ＳＷ４を含む。【０１３８】
切り替え回路ＳＷ４は、ＰＬＬ部２２から受けた位相信号ＰＨ１をＰＬＬ部２３へ出力するか否かを切り替える。【０１３９】
ＰＬＬ部２３は、切り替え回路ＳＷ４から受けた位相信号ＰＨ１に基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整する。【０１４０】
たとえば、選択回路ＳＥＬは、位置信号ＰＯＳ１を選択し、その後、ＰＬＬ部２３が位相信号ＰＨ１に基づいて位置信号ＰＯＳ２の位相を調整した後、位置信号ＰＯＳ２を選択する。【０１４１】
回転子位置検出部８４のＰＬＬ回路３４における積分部７３および７４の構成および動作は本発明の第２の実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１４２】
その他の構成および動作は第３の実施の形態に係る同期機起動装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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